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문제 정의
- 본 논문은 국가연구과제를 통하여 검토 중인 전남 영광-전북 고창 해역과 정부의 예비타당성평가를 통과한 지자체 사업으로서 전북 새만금 해역, 지자체와 일반 기업이 제안한 인천 무의도 해역과 이미 해상풍력단지를 건설하기 위한 풍황조사가 실시되고 있는 부산 가덕도-다대포 해역 및 선행연구를 통하여 개발가능성이 있는 것으로 평가된 신안군 임자도 해역을 대상으로 선정하여 해상단지 제안사례에 대한 평가를 하였다. 대부분의 사업제안은 아직 구체적인 계획이 제시되었거나 사업개시가 된 것은 아니기 때문에 본 논문에서는 개략적인 풍력단지 적합성을 비교 분석하였다.
- 본 논문은 해상풍력단지 적합성 평가체계를 이용하여 국내에서 제안된 해상풍력단지 개발계획을 비교분석하였다.
- 새만금 클러스터는 국산 풍력산업 클러스트 구축을 위해 핵심기업을 유치하고 국산 풍력발전기 초기 시장의 기반 조성을 위한 시범 단지 조성, 연구개발지원을 위한 R&D 센터 기반 구축 및 전문인력 양성을 목표로 한다.
제안 방법
- 본 논문은 국가연구과제를 통하여 검토 중인 전남 영광-전북 고창 해역과 정부의 예비타당성평가를 통과한 지자체 사업으로서 전북 새만금 해역, 지자체와 일반 기업이 제안한 인천 무의도 해역과 이미 해상풍력단지를 건설하기 위한 풍황조사가 실시되고 있는 부산 가덕도-다대포 해역 및 선행연구를 통하여 개발가능성이 있는 것으로 평가된 신안군 임자도 해역을 대상으로 선정하여 해상단지 제안사례에 대한 평가를 하였다. 대부분의 사업제안은 아직 구체적인 계획이 제시되었거나 사업개시가 된 것은 아니기 때문에 본 논문에서는 개략적인 풍력단지 적합성을 비교 분석하였다.
- 수심은 해양조사원의 1분격자와 수치해도 그리고 일본해양자료센터(JODC)의 수심자료를 조합하여 1/120도 격자로 재구성하여 사용하였다. 본 연구에서는 수심이 얕을수록 경제성이 뛰어난 것으로 판단하여 우선순위를 부여하였다.
- WinDS 3000TM의 정격출력은 3MW이며 허브(hub)높이는 80m, 회전자(blade)직경은 92m이다. 이에 국가바람지도로부터 허브 높이와 동일한 해상 80m 높이에서의 풍력밀도를 추출하여 적합성 평가를 위한 풍력자원정보로 활용하였다.
- 현재 제안된 해상풍력단지개발 사례들을 국가바람지도와 풍력단지개발 적합성 시스템을 이용하여 평가하였다. 5개 지역의 해상풍력단지 제안지역의 풍황정보, 지리정보, 해양정보를 종합하여 계산되어진 결과는 신안군 임자도를 제외한 4개 지역에서 계산된 적지와 같은 지역이 선정된 것을 확인할 수 있었다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 해양자료는 1985∼2009년의 25년간 위성영상자료와 1992∼2009년의 28년간 파랑모델 해석자료이며, 위성영상 격자크기는 최고 0.1°, 파랑모델 격자크기는 1.25°×1°이다.
- 또한 수심은 건설의 난이도에 직접적인 영향을 주기 때문에 필수적으로 고려해야 하는 주요요인이다. 수심은 해양조사원의 1분격자와 수치해도 그리고 일본해양자료센터(JODC)의 수심자료를 조합하여 1/120도 격자로 재구성하여 사용하였다. 본 연구에서는 수심이 얕을수록 경제성이 뛰어난 것으로 판단하여 우선순위를 부여하였다.
- 위성영상자료는 고도계 자료(AltimeterData)와 산란계 자료(ScatterometerData)로 구분되며 전자는 파고와 풍속, 후자는 풍속과 풍향을 계산해낸다. 위성영상자료는 NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)의 부이(buoy) 측정자료를 통해 보정되었다.
- 해상 풍력발전기(offshore wind turbine)로는 현재 개발이 완료되어 성능평가 과정에 있는 두산중공업의 WinDS 3000TM을 기본모델로 설정하였다. WinDS 3000TM의 정격출력은 3MW이며 허브(hub)높이는 80m, 회전자(blade)직경은 92m이다.
이론/모형
- 해상풍력자원 잠재량 산정 및 단지개발 적합성 평가 시에 가장 중요한 평가요소는 풍력자원이다. 본 논문에서는 한국에너지기술연구원에서 구축한 고해상도 국가바람지도를 이용하였다.2) 국가바람지도는 1km급 공간해상도와 1시간 간격 시간해상도를 가진다.
성능/효과
- (4) 배제요소: 해상국립공원, 항로, 항만, 군사훈련지역, 해저케이블/파이프: 적절한 완충영역을 고려하여 입지 불가능 영역으로 제외하였다.
- 11) 평균조차는 563cm이고, 조류속은 0.2∼0.4m/s가 가장 많이 나타났으며, 최대유속이 1m/s가 넘는 약간 빠른 조류가 전체의 0.3%로 발생하는 것을 확인하였지만 얼마나 센 파가 나타나는지는 참고자료를 통해 알아보면, 일반적으로 인천항에서의 최강창조류의 유속은 3.7∼6.3m/s, 최강낙조류의 유속은 2.9∼6.1m/s를 나타나고 있다.
- 본 논문에서는 한국에너지기술연구원에서 구축한 고해상도 국가바람지도를 이용하였다.2) 국가바람지도는 1km급 공간해상도와 1시간 간격 시간해상도를 가진다.
- 5개 지역의 풍황정보, 지리정보, 해양정보를 표 12에서 도시한 것과 같이 종합적으로 분석한 결과, 풍력밀도는 신안군 임자도 해역이 가장 좋으나 인근에 장애물이 존재하고 근거리에 변전소가 없어 지리적으로 취약점을 가지고 있다.
- 현재 제안된 해상풍력단지개발 사례들을 국가바람지도와 풍력단지개발 적합성 시스템을 이용하여 평가하였다. 5개 지역의 해상풍력단지 제안지역의 풍황정보, 지리정보, 해양정보를 종합하여 계산되어진 결과는 신안군 임자도를 제외한 4개 지역에서 계산된 적지와 같은 지역이 선정된 것을 확인할 수 있었다. 한편 신안군 임자도는 해안선으로부터 30km 정도 떨어져 있는 섬이기 때문에 이안거리 계산 조건에 상당한 영향을 받아 제안된 해상풍력 단지 지역과 해상적지선별시스템으로 계산된 적지가 차이를 보이는 것으로 사료된다.
- 가덕도와 부산의 조위검조소의 조화상수를 통해 조석이 계산되었으며, 약최고고조위는 약 190cm로 나타났다. 검조소자료가 70년대의 자료이지만 한국해양수산개발원의 해역환경관리 기본계획 수립연구 보고서에 보면8)관측치와 99.
- 그러나 일반적으로 연안에서의 양식업 및 어업, 경관 등의 이유로 일정 이격거리는 감수해야 한다. 본 연구에서는 육지로부터 최단 직선거리를 이용하여 이안거리가 짧을수록 입지조건이 양호한 것으로 판단하였다.
- 새만금은 방조제 끝막이 이후 파랑과 조석이 변화하였다. 실제 끝막이 공사기간 1개월 동안 급격한 조석변화가 진행되었으며, 끝막이 완료부터 2006년 9월 중순까지는 대체로 갑문을 완전 개방하여 해수를 유동하였지만 그 이후에는 내부공사나 수위조절을 위해 갑문의 조작과 패쇠에 의해 불규칙한 내부조석 변화 특성을 보이고 있다.6) 따라서 향후 새만금지역에 대한 추가적인 분석이 요구될 것으로 판단된다.
- 전남 신안군 임자도 인근 해상의 평균풍속은 약 6.7m/s, 평균풍력밀도는 약 400W/m²로 본 논문에서 분석한 다섯 해역 중 가장 양호한 풍향조건을 갖고 있다.
- 전남 영광-전북 고창해역은 파주기가 17∼18초로 가장 긴 주기를 가진 너울이 출현하는 것을 확인하였다.
- 평균조차는 342cm로 조류속은 0.2∼0.6m/s가 가장 많이 나타났으며, 최대유속이 1m/s가 넘는 약간 빠른 조류가 전체의 2.3%로 발생하는 것을 확인하였다.
- 표 6에 제시된 것과 같이 가덕도-다대포의 파랑은 파고 0.5∼1m가 41.5%, 파주기 6∼7초가 31.2%로 대부분의 파가 잔잔한 바다를 나타내고 있지만, 2m가 넘는 높은 파고가 전체 파의 5.6%, 파주기 10초가 넘는 너울로 판단되어지는 파가 7.0%로 발생하였다.
- 표 8에 제시된 무의도의 파랑은 파고 0.0∼0.5m가 44.4%, 파주기 4∼5초가 41.4%로 대부분의 파가 잔잔한 바다를 나타내고 있지만, 2m가 넘는 높은 파고가 전체 파의 3.1%, 파주기 10초가 넘는 너울로 판단되어지는 파가 0.3%로 발생하였다.
- 5개 지역의 해상풍력단지 제안지역의 풍황정보, 지리정보, 해양정보를 종합하여 계산되어진 결과는 신안군 임자도를 제외한 4개 지역에서 계산된 적지와 같은 지역이 선정된 것을 확인할 수 있었다. 한편 신안군 임자도는 해안선으로부터 30km 정도 떨어져 있는 섬이기 때문에 이안거리 계산 조건에 상당한 영향을 받아 제안된 해상풍력 단지 지역과 해상적지선별시스템으로 계산된 적지가 차이를 보이는 것으로 사료된다.
후속연구
- 실제 끝막이 공사기간 1개월 동안 급격한 조석변화가 진행되었으며, 끝막이 완료부터 2006년 9월 중순까지는 대체로 갑문을 완전 개방하여 해수를 유동하였지만 그 이후에는 내부공사나 수위조절을 위해 갑문의 조작과 패쇠에 의해 불규칙한 내부조석 변화 특성을 보이고 있다.6) 따라서 향후 새만금지역에 대한 추가적인 분석이 요구될 것으로 판단된다.
- 해안과 인접한 곳에 6개의 변전소가 존재하고 있어 전력연계 조건을 만족하고 있으며, 장항항, 군산항 등의 무역항이 인접해 있어 해상풍력발전기를 조립하고 운송하는데 필요한 건설·환경적 여건이 갖추어져 있다. 그러나 새만금 내륙에 위치한 군산 비행장에서 이착륙 항공기의 비행안전과 관련하여 풍력발전기에 의한 가시적 장애 또는 전자파 및 레이더 간섭, 대형 풍력발전기가 만들어내는 후류영향 등에 대한 환경영향평가가 선행되어야 할 것이다.
- 그리고 위도를 제외하면 인근에 지리적 장애물이 없고 케이블이나 파이프라인 등과 같이 건설시에 장애물로 작용할 수 있는 구조물이 거의 없어 제반 여건이 갖춰진다면 약 500km²의 대단위 해상 풍력 발전단지를 건설 할 수 있을 것으로 판단된다.
- 그리고 위도를 제외하면 인근에 지리적 장애물이 없고 케이블이나 파이프라인 등과 같이 건설시에 장애물로 작용할 수 있는 구조물이 거의 없어 제반 여건이 갖춰진다면 약 500km²의 대단위 해상 풍력 발전단지를 건설 할 수 있을 것으로 판단된다. 다만 인근에 변산반도 국립공원이 있어 향후 해상풍력 발전단지를 조성하기 위해서는 완충영역을 고려해야 하며 생태계와 환경의 영향을 고려하여 단계적으로 건설되어야 할 것이다.
- 무의도 인근은 약 20km 거리 내에 한 개의 변전소만 존재하고 있어 대규모 발전 단지를 건설하기 위해서는 20km 이상 이격되어 있는 육지의 변전소와 연계를 하거나 별도의 전력계통망을 설치하는 것이 필요할 것으로 보인다. 또한 무의도 인근에 해상풍력 발전단지를 조성하기 전에 인천공항의 이착륙 항공기의 비행안전을 신중하게 고려해야할 것으로 판단된다. 풍력발전기 높이 자체가 비행에 줄 수 있는 영향과 풍차가 돌아가면서 발생되는 난기류가 비행항로에 미치는 영향, 전자파 간섭 등을 파악하는 작업이 필요할 것이다.
- 지리적으로 부산시는 해안선을 끼고 있어 바람의 세기가 강한 지리적 이점을 가지고 있으며, 풍력 부품 업체인 태웅과 평산, 현진소재 등 세계적인 풍력발전기 부품업체들이 위치한 장점을 갖고 있다. 또한 인근에 4개의 변전소가 위치하고 있어 전력연계 측면에서 유리한 입지 조건을 갖추고 있으며, 부산 남항이 20km 이내에 자리하고 있어 풍력발전 단지 조성 시에 작업선 접안이 가능하고 장비를 야적할 수 있는 공간을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 하지만 10km이내의 지역에 군사지역이 위치하고 있으며 국내 최대규모의 무역항인 부산항과 관련된 항로 및 정박지 문제는 해상풍력단지 건설시 잠재적인 장애요인으로 판단된다.
- 수심은 전반적으로 0∼ 30m로 다양하지만 절반 이상의 지역이 10m 이내의 얕은 분포를 보여 입지적 측면에서 양호하다고 할 수 있으나, 역시 경제성 측면에서 관건은 건설비용이 가장 큰 비중을 차지하는 해저지질에 따른 기초형식의 선정일 것이다.
- 수심은 전반적으로 0∼28m로 다양하지만 15m이하의 수심을 가진 지역이 대부분을 차지하고 있기 때문에 입지적 측면에서 양호하다고 할 수 있으나, 정확한 판단을 위해서는 해저지질에 대한 조사가 선행되어야 할 것이다.
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